對于二氧化碳傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的淺分析-資料下載頁
2025-06-25 13:50本頁面
【正文】 件電路包括：該檢測電路由紅外CO2傳感器、放大電路、數(shù)字濾波電路、穩(wěn)流電路、A／D 轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)采集系統(tǒng)、溫度補(bǔ)償電路等組成。工作原理是：首先，單片機(jī)控制光源驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生脈沖調(diào)制信號，利用脈沖調(diào)制信號驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管發(fā)射紅外光，經(jīng)過氣室，紅外CO2傳感器將探測到的CO2的體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號（電壓），輸出的電信號（電壓）分別經(jīng)過濾波、放大處理后，得到放大的較平穩(wěn)的模擬信號，而單片機(jī)只能處理數(shù)字信號，因此信號應(yīng)先經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，輸入到單片機(jī)系統(tǒng)，并經(jīng)溫度補(bǔ)償處理后，由單片機(jī)系統(tǒng)輸出。各模塊的設(shè)計(jì)思路和原理如下所述。 光源及其調(diào)制技術(shù)目前國內(nèi)多數(shù)氣體檢測儀器的光源都采用鎳锘絲作為光源，并使用機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的方法調(diào)制光源，這就造成了光源的不穩(wěn)定和抗震性差等缺點(diǎn)，在本儀器的設(shè)計(jì)過程中充分的考慮到該因素，所以本儀器選用了 PerkinElmer 公司生產(chǎn)的IRL 715 紅外光源，,在5V電壓驅(qū)動(dòng)下工作壽命可達(dá)40000小時(shí)，輻射強(qiáng)度為0．15~10％M SCP。同時(shí)，IRL715 的玻璃外罩可以濾去5um以上紅外光對測量結(jié)果的影響，從而增加了傳感器吸收帶寬的發(fā)射率并且降低了帶寬之外的發(fā)射率，最大化有用帶寬的比例，提高性噪比。但由于紅外傳感器對光強(qiáng)的變化是敏感的，而對光的絕對強(qiáng)度不敏感，因此必須利用單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖信號對其進(jìn)行調(diào)制，在設(shè)計(jì)中采用了ls開5s關(guān)的間歇工作模式，這樣做一方面使光源調(diào)制深度加強(qiáng)，另一方面減小儀器功耗并延長光源的使用壽命，最重要的是在此工作模式下，傳感器、放大器和其它元件的寄生熱減少，可以極大提高系統(tǒng)的信噪比和穩(wěn)定性。 氣室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了使氣室既能防腐蝕、防灰塵污染，從而使光通量衰減較小，又便于加工成型，采用了重量較輕、成本較低的鋁合金作為其基材。經(jīng)過理論推算及多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，尋找最佳光程，即氣室長度。在保證輸出信號強(qiáng)度的前提下，盡可能地縮短氣室長度，最后，將氣室設(shè)計(jì)為 2cm 長。 光源與濾光鏡及探測器準(zhǔn)直的保證將氣室設(shè)計(jì)成空圓柱狀，并在氣室的兩側(cè)對稱留有固定光源與濾光鏡及探測器的固定孔，圓柱的側(cè)面留有讓氣體自由擴(kuò)散的微型圓孔。圖52為氣室的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖：圖 52 氣室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 探測器的工作原理非分光紅外技術(shù)是當(dāng)前氣體檢測的前沿技術(shù)，也是本系統(tǒng)的核心技術(shù)。本文所介紹的CO2測量裝置采用的紅外探測器是國外PerkinElmer廠家生產(chǎn)的PYS3228TC，如圖53所示，該傳感器是光電導(dǎo)型紅外探測器，利用CO2氣體在波長2um5um區(qū)域有的獨(dú)特的紅外吸收特性制作而成，具有參考通道和測量通道，不含旋轉(zhuǎn)部件，是一種精度較高的雙通道補(bǔ)償探測器。在測量過程中該熱電堆傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號并輸出兩路毫伏級電壓信號，以此來提取濃度信號。當(dāng)紅外光穿過CO2氣體層后，照在傳感器的兩個(gè)濾光片上，所以到達(dá)此通道的光強(qiáng)反映了CO2的濃度；。傳感器的光路系統(tǒng)因?yàn)椴捎玫氖欠欠止饧t外結(jié)構(gòu)而變得簡單，只要設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的氣室即可。在測量過程中，這是因?yàn)楦邼舛鹊腃O2分子比低濃度的要吸收更多的紅外光。當(dāng)氣室內(nèi)的CO2濃度為零時(shí)，傳感器將檢測到所有強(qiáng)度的紅外光。當(dāng)CO2濃度增加時(shí)，到達(dá)傳感器的光強(qiáng)將顯著地降低。所以，從這里可以推斷出紅外光強(qiáng)和CO2濃度之間的精確關(guān)系是確定的。由于傳感器輸出的電壓信號為毫伏級，因此，對其進(jìn)行合理的放大顯得舉足輕重。 圖53 PYS3228TCG2/G20探測器六、結(jié)束語紅外吸收法測定CO2濃度是基于氣體的吸收光譜隨物質(zhì)的不同而存在差異 的原理實(shí)現(xiàn)的，它通過濾波處理，配合以溫度補(bǔ)償、放大等信號處理 將CO2的體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換成電信號，并經(jīng)過放大后輸出。紅外吸收法具有操作簡單、測量精度高、抗干擾性強(qiáng)、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、冷庫、換氣設(shè)備、鍋爐房及各類環(huán)境惡劣現(xiàn)場的CO2實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制，因此具有廣泛的應(yīng)用前景 。13
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